基于現(xiàn)場總線的包裝設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

王少華

【摘 要】針對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在包裝設(shè)備中的應(yīng)用實例，從工藝要求、控制方案擬定和控制系統(tǒng)硬件設(shè)計進行研究，采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)可以使控制系統(tǒng)的體積小、控制靈活、故障檢測容易，提高生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線；通信協(xié)議；信息；網(wǎng)絡(luò)

【中圖分類號】TP242.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）01-0074-02

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)低壓電器控制的結(jié)構(gòu)，使低壓電器控制設(shè)計產(chǎn)生了深刻變革。

一些主要生產(chǎn)可編程控制器的廠家根據(jù)市場結(jié)構(gòu)需求調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和策略，將現(xiàn)場總線作為控制系統(tǒng)中的底層網(wǎng)絡(luò)（如DeviceNet）。Siemens公司的S7-200型CPU模塊可以提供Profibus-DP接口，傳輸速率可達12Mbps，可經(jīng)雙絞線或光纖電纜連接127個節(jié)點，用雙絞線可以傳輸23.8 km距離的信號。Rockwell公司生產(chǎn)的PLC5系列可編程控制器通過Profibus處理器模塊能與其他廠家共享Profibus通信協(xié)議的設(shè)備通信。美國AB公司的模塊式可編程控制器以SLC5/03CPU為核心，配置了1747-SDN網(wǎng)絡(luò)適配器與DeviceNet通信。可編程控制器與現(xiàn)場總線結(jié)合之后，極大地拓寬了它的應(yīng)用領(lǐng)域，也極大地提高了它的性能，更是使電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了徹底的變化。

1 PLC與DeviceNet構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)

下面以包裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為例介紹此類控制系統(tǒng)。

1.1 工藝要求

包裝生產(chǎn)線產(chǎn)品輸送系統(tǒng)由前輸送線、中輸送線、總成輸送線等共8條輸送線組成。其中左、右側(cè)輸送線均由4臺雙軌輸送機和1臺運輸車組成，為輸送線中較為復(fù)雜的部分。其中左側(cè)輸送線有L10、L20、L30及L40等4個工位，如圖1所示。各工位間使用雙軌輸送機傳送工件，為了便于結(jié)構(gòu)調(diào)整和工位間的動作協(xié)調(diào)，在L10、L20和L20、L30之間設(shè)置中間等候工位。另外，地面轉(zhuǎn)運車AGV在3號輸送機和上線機間運送工件，用來把小包物品送到主干線上，整個輸送過程時間和空間協(xié)調(diào)一致。

1.2 控制方案擬定

右側(cè)輸送線與左側(cè)輸送線結(jié)構(gòu)基本相同。整個輸送線要求動作協(xié)調(diào)，速率可調(diào)節(jié)，檢測裝置設(shè)置準確。在這種情況下使用傳統(tǒng)的點對點連接方式已不能滿足包裝輸送線工藝要求。

而DeviceNet是一種低價位的現(xiàn)場總線，是具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、響應(yīng)時間快、抗干擾能力強、安裝快捷等特點的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。DeviceNet通信電纜由5芯導(dǎo)線組成：無色為屏蔽接地，紅、黑分別為24VDC電源的兩極，藍色為CANH，白色為CANL（CANH和CANL為通信總線）。現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器均可通過DeviceNet通信電纜連接。

1.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

現(xiàn)場總線模塊主要采用TURCK公司的DeviceNet產(chǎn)品。選用美國AB公司的SLC5/03CPU為核心部件，用1747-SDN網(wǎng)絡(luò)適配器，底層采用TURCK公司的T型分支器、無源四分支器、Busstop現(xiàn)場端子式模塊等組成DeviceNet控制系統(tǒng)。左側(cè)輸送電氣控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

DeviceNet連接好后，網(wǎng)絡(luò)適配器上顯示00時表示系統(tǒng)工作正常。

DeviceNet硬件系統(tǒng)連接時注意事項：①每個通道最多能連接地址不能重復(fù)64個站，當波特率為125 K時，最遠通信距離為500 m。②網(wǎng)絡(luò)首端和末端必須安裝終端電阻。③DeviceNet只能有一點接地。

以上工作完成后，就可以進行軟件編程。軟件程序內(nèi)容較多，此處因篇幅的關(guān)系略去。

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，使用現(xiàn)場總線后，自控系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護等方面的費用可以節(jié)約1/3～2/3。

2 基于可編程控制器-現(xiàn)場總線的多級分布控制系統(tǒng)

PLC通過Profibus與上位機通信，將各回路的控制信息向上傳送，并接收來自上位機的各種監(jiān)控信息；通過DeviceNet連接和控制包括智能電動機保護器、智能電動機控制器、拖動裝置、接觸器、驅(qū)動器、軟起動器、電動機保護器和各種檢測裝置等現(xiàn)場裝置與設(shè)備，而連入該網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場智能設(shè)備本身就具有很強的控制功能。如采用的智能斷路器，其自身就具有測量、控制、報警、數(shù)據(jù)記憶及通信等功能。與過去的控制系統(tǒng)相比，一是實現(xiàn)了系統(tǒng)的高度分散，二是體現(xiàn)了所謂的“智能下移”的思想，三是在現(xiàn)場總線中的智能設(shè)備能充分發(fā)揮其智能產(chǎn)品的優(yōu)勢，實現(xiàn)高度的信息集成。

在這種新型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，設(shè)備監(jiān)控上位機的監(jiān)控軟件通常選用標準工控系統(tǒng)組態(tài)軟件。組態(tài)軟件（Configuration Software）相當于一種用戶程序生成器，是自動化系統(tǒng)的一種隨工業(yè)系統(tǒng)可變因素進行實時調(diào)節(jié)的人機界面，是一種方便靈活，而且易于修改和維護的軟件平臺。

組態(tài)軟件包通常具有立體動態(tài)圖形、趨勢圖、報表功能、報警功能、DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換功能，同時具備SPC質(zhì)量管理功能、監(jiān)控語言編程功能、多級功能及TCP/IP NetBISO等網(wǎng)絡(luò)功能。系統(tǒng)組態(tài)工作方便靈活，監(jiān)控上位機組態(tài)工作主要分為兩部分：一是完成數(shù)據(jù)庫組態(tài)、上下位機間通訊組態(tài)、相關(guān)計算、報警記錄、報警提示等；二是實現(xiàn)系統(tǒng)裝置的運行狀態(tài)顯示組態(tài)和操作控制組態(tài)等。通過組態(tài)后系統(tǒng)主要功能如下：①流程圖。流程圖模擬包裝工藝實際裝置繪制，顯示包裝工藝流程及修改狀態(tài)參數(shù)的畫面及運行狀態(tài)。②趨勢圖。包括工藝流程中參數(shù)的實時趨勢和歷史趨勢。③調(diào)節(jié)畫面。具備手動/自動切換功能，具有顯示給定、測量和輸出3個值，并可以在畫面上修改參數(shù)。④故障查詢。能夠迅速查詢系統(tǒng)在工作過程中的各類報警信息如報警的工藝點的儀表位號、報警時間及報警的類型等。⑤登陸報表。操作員可以通過數(shù)據(jù)報表界面觀看歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，通過報警登錄報表界面察看設(shè)備故障情況。⑥用戶報表打印管理。操作員可以通過此界面打印報表，包括數(shù)據(jù)報表、報警報表等。

3 結(jié)語

基于現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)主要特征為控制器與系統(tǒng)軟件制造分離，系統(tǒng)性能較傳統(tǒng)點對點連接方式有較大提升，系統(tǒng)自診能力強，通過數(shù)字通訊有效地提高系統(tǒng)測量和控制精度，方便硬件與信息的集成。

參 考 文 獻

[1]王建明.自動線及工業(yè)機器人技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2009.

[2]博爾曼.工業(yè)以太網(wǎng)的原理與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[3]許志軍.工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]